6. Bố cục của luận án
2.3.2 Chất lượng chùm tia laser
Chất lượng chùm tia laser được đặc trưng bởi chế độ của chùm laser, là sự phân bổ năng lượng qua tiết diện. Chế độ chùm tia tốt có sự phân bố năng lượng đồng đều, đây là đặc điểm quan trọng cho việc cắt laser vì nó có thể được hội tụ tại một vị trí nhỏ trên bề mặt vật liệu và tạo ra mật độ công suất cao. Hay nói cách khác, chất lượng chùm tia là thước đo mức độ hội tụ của chùm laser. Chất lượng chùm tia thường được biểu diễn bởi hai giá trị: M2 và BPP (Beam Parameter Product - tích thông số chùm tia bằng độ phân kỳ của chùm tia nhân với bán kính của chùm tại điểm thắt của nó).
Chất lượng chùm tia thể hiện qua giá trị hệ số truyền M2 ở mức 1/e2 gần đạt tới giới hạn nhiễu xạ của chùm Gauss (của profile độ rộng cổ chùm và phân bố không gian trường xa). Hệ số M2 được xác định theo công thức sau:
𝑀2 =𝜋𝑊0𝜃
4𝜆 (2.13)
Trong đó, W0– độ rộng cổ chùm (mm), - bước sóng laser (µm), - góc phân kỳ (o
, độ)[74]
Khi chất lượng chùm tia được đánh giá bằng giá trị BPP. Giá trị BPP được xác định theo công thức sau:
𝐵𝑃𝑃 = 𝑊0𝜃 = 𝜋 𝜆𝑀
40
Hình 2.15. Khoảng hội tụ của chùm tia [74]
Giá trị M2 trong công thức (2.14) cho thấy BPP của chùm tia laser thực lớn hơn BPP của chùm tia Gauss lý tưởng là bao nhiêu (với chùm tia Gauss lý tưởng M2 = 1). Ảnh hưởng của M2 đến đường kính chùm tia được minh họa như hình 2.16
Hình 2.16 Ảnh hưởng của giá trị M2 đến đường kính chùm tia laser
Từ công thức (2.13), giá trị độ rộng cổ chùm tia laser được tính theo như công thức sau: { 𝑊𝑡ℎự𝑐 𝑡ế = 𝑀24𝜆𝑓 𝜋𝐷 𝑊 𝑙ý 𝑡ưở𝑛𝑔 = 4𝜆𝑓 𝜋𝐷 (2.15)
O'Neill đã chứng minh ý nghĩa thực tế của giá trị BPP (hình 2.17) [75]. Giá trị BPP của chùm tia laser thấp thì khoảng cách hội tụ lớn. Chất lượng chùm tia càng cao (kích thước tiêu điểm nhỏ), giá trị BPP thấp. Hugle [76] đưa ra, để đánh giá chất lượng của chùm laser có cung bước sóng thì sử dụng giá trị M2, còn đối với chùm tia laser có các bước sóng khác nhau thì sử dụng giá trị BPP.
41
Hình 2.17 Ảnh hưởng của BBP đến biên dạng chùm tia [75]